Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ЯДМАА ТУУЛ
ГИДРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИТЫ
Г.УЛАН-БАТОРА ОТ НАВОДНЕНИЙ (МОНГОЛИЯ)
Специальность: 05.23.16- Гидравлика и инженерная гидрология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва-2012г
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный строительный университет.
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Правдивец Юрий Петрович
Официальные оппоненты:
Животовский Борис Анатольевич
доктор технических наук профессор, профессор кафедры гидравлики и гидротехнических сооружений Российского университета дружбы народов
Волынов Михаил Анатольевич
кандидат технических наук, доцент, заместитель директора по научной работе, заведующий отделом управления водными ресурсами Государственного научного учреждения Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова Российской академии сельскохозяйственных наук
Ведущая организация:
ОАО Институт Гипроречтранс
Защита состоится л____ _______ 2012г. в ____ ч ____ мин. на заседании диссертационного совета Д 212.138.03 при ФГБОУ ВПО Московский государственный строительный университет по адресу: 129337, г.Москва, Ярославское шоссе, дом 26, зал диссертационного совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Московский государственный строительный университет
Автореферат разослан л____ 2012г.
Ученый секретарь
диссертационного совета: Орехов Генрих Васильевич
1.Общая характеристика работы
Актуальность темы. В течении многих сотен лет человечество боролось с природными катаклизмами, в том числе с наводнениями. Начиная с середины 1900-х годов, паводки, наводнения и размеры причиняемых ими ущербов возрастают. Глобальное потепление на земном шаре также приводит к увеличению природных катастроф. По статическим данным ООН во время наводнений за последнее сто лет в мире погибло более 9 миллионов человек.
Территория Монголии является зоной интенсивных летних дождевых паводков и формирована селевых потоков. Столица Монголии г.Улан-Батор расположен на берегу реки Туул - одной из многоводной внутренней реки Монголии.
По хронологическим данным в 1915, 1934, 1959, 1966, 1967 годах в г. Улан-Баторе наблюдались сильные дождевые паводки, а в 1982, 1996, 2000, 2003, 2005, 2009 годах проходили мощные селевые потоки, причинившие значительные беды и ущербы населению и народному хозяйству Монголии. Следует подчеркнуть, что по мере освоения горных территорий и неизбежного вмешательства в развитие природных процессов на горных бассейнах селевая опасность будет все более возрастать, поэтому требуется принимать соответствующие меры для её минимизации.
Больше половины противопаводковых защитных сооружений города Улан-Батора построено в 1960-1980 годах, их строили после того, как проходили паводки. В настоящее время эти сооружения не способны пропускать максимальный расчетный расход паводка с обеспеченностью 1%, так как после 1994 года на защитных сооружениях ни разу не проводились ремонтно-восстановительные работы.
Таким образом, для условий Монголии крайне актуальной является задача усовершенствования системы противопаводковых гидротехнических сооружений и сокращения ущербов, причиняемых наводнениями.
Целью настоящей работы является разработка рекомендаций по гидрологическому обоснованию аккумулирующего водохранилища на реке Туул, обеспечивающего снижение ущербов от наводнений. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-определить основные гидрологические характеристики реки Туул по многолетним гидрометрическим наблюдениям (1945-2007г) и паводковый расход при обеспеченности 1%;
- выполнить системно-динамическое моделирование водного баланса реки Туул;
-разработать рекомендации по снижению уровней воды реки Туул с помощью строительства гидроузла с аккумулирующем водохранилищем;
-провести анализ современного состояния противопаводковых гидротехнических сооружений в Улан-Баторе и дать оценку их эксплуатационного состояния.
Научная новизна работы характеризуется следующим:
-определены и уточнены основные гидрологические характеристики реки Туул при удлиненном ряде наблюдений (1945-2007гг);
-разработана системно-динамическая модель водного баланса реки Туул;
-разработаны рекомендации по снижению уровней воды реки Туул с помощью аккумулирующего водохранилища;
-исследованы противопаводковые гидротехнические сооружения города Улан-Батора и дана оценка их состояния.
ичный вклад автора состоит в том, что:
-выполнен статистический анализ данных многолетних гидрометрических наблюдений на водомерных постах реки Туул с обоснованием параметров паводкового режима расчетной обеспеченности;
-разработана математическая модель водного баланса речной системы реки Туул и её притоков, собраны и подготовлены исходные гидрометеорологические данные для динамического математического моделирования;
-выполнено математическое моделирование паводковых гидравлических режимов на реке Туул и её восьми притоках;
-обосновано положение расчетного створа и параметры регулирующего водохранилища на реке Туул для водоснабжения г.Улан-Батор и исключения его подтопления в половодья редкой повторяемости.
Методы исследований:
-обработка данных многолетних гидрометрических наблюдений на водомерных постах реки Туул была выполнена по единой методике, утвержденной Росгидрометом;
-для решения поставленных задач использовано системно-динамическое моделирование водного баланса реки Туул.
Достоверность результатов проведенных исследований:
Гидрологические характеристики реки Туул получены при удлиненном ряде наблюдений (1945-2007гг) с применением апробированных гидравлических методов расчета и компьютерного моделирования, выполнена верификация результатов расчета данными натурных измерений на водомерных постах, имеющихся на реке Туул.
Для реализации модели использовалось специальное программное обеспечение Powersim Studio Academic 2003, достоверность применения которого была подтверждена сравнением результатов расчета с натурными данными гидрологических наблюдений на реке Туул.
Практическое значение работы заключается:
-в разработке системно-динамической гидрологической модели водного баланса реки Туул, применимой для решения различных практических задач;
-в научном обосновании гидрологических характеристик противопаводкового водохранилища для защиты столицы Монголии г. Улан-Батор от наводнений и селей.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-исследовательских конференциях преподователей Монгольского Государственного Университета Науки и Технологии (МГУНиТ) в 2003, 2004 и 2005 гг. в Улан-Баторе.
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 5 сборниках научных статей МГУНиТ в Улан-Баторе. Опубликованы 3 статьи в сборнике УВестник МГСУ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и приложений, библиографического списка содержащего , 100 наименований трудов отечественных и зарубежных авторов. Диссертация, изложена на 194 страницах машинописного текста, включая 63 рисунка, 31 таблицу и 27 страниц приложений.
2.Основное содержание работы
Во введение обоснована актуальность и практическая значимость проведенных исследований, дана краткая характеристика выполненной работы и полученных результатов.
Глава 1. Природно-климатические особенности Монголии и бассейна р.Туул
В этой главе рассмотрены физико-географические климатические факторы, влияющие на характеристики речного стока в речной сети страны. Для исследуемой зоны охарактеризованы рельеф и почвы, испарение и осадки, влажность и температура воздуха, ветровой режим и геологические характеристики.
Монголия расположена в центральной части Азии между 41030I-52000I северной широты и 88000I-120000I восточной долготы и занимает территорию в 1565,5 тыс.кв.км. Ширина территории Монголии от крайней северной точки до южной 1260 км, а длина территории от крайней восточной точки до западной 2370 км.
Основной населенный пункт Монголии это столица - город Улан-Батор с населением около одного миллиона человек. Город Улан-Батор расположен на высоком гипсометрическом уровне 1300м над уровнем моря, удаленный от океанов и морей, территория имеет пересеченный рельеф.
Река Туул течет между г.Улан-Батором и горой Богда-Хан и является единственным источником питьевой воды для населения столицы Монголии. Средняя высота водосбора 1820м. Водосборная площадь р.Туул составляет 50400км2, длина 704 км. Продольный уклон дна реки Туул у г.Улан-Батора составляет примерно 0.0022.
В Монголии воздух сравнительно сухой, сезонные и суточные колебания температуры воздуха резкие. Осадки в бассейне р.Туул выпадают в основном в летний период в связи с циклонической деятельностью. Годовые суммы их изменяются от 257мм до 285мм.
Глава 2. Гидрологические характеристики р.Туул
Во второй главе определены основные гидрологические характеристики реки Туул по многолетним данным гидрометрических наблюдений. (1945-2007гг)
Наивысший годовой уровень у г.Улан-Батора наблюдался 28 июня 1967 года и был равен 299см над нулем графика. Максимальный уровень в паводок 1966 года (311см) находился в зоне подпора ограждающих дамб.
Как показал проведенный анализ, паводки на р.Туул у г.Улан-Батора продолжаются в среднем около 14-15 дней, и при этом увеличение паводка продолжается 4-5 суток, а убывание примерно 10 суток. За период наблюдений наибольшие паводочные объемы равны 413.2 млн.м3 (июнь-июль 1967г.) и 411.6 млн.м3 (июль 1966г.). Наименьший объем был равен 16.5 млн.м3 .
При обычном режиме ширина реки Туул составляет 35-75м, глубина 0.8-3.5м, скорость течения 0.5-1.5м/с. Максимальный расход реки Туул наблюдается весной при пловодьях и летом при дождевых паводках. Максимальная продолжительность дождевых паводков продолжается приблизительно 10-14 суток.
В реке Туул в течении года два раза наблюдаются максимальные и минимальные уровни воды. Первый максимальный уровень воды наблюдается весной во время таяния снега, а второй масимальный уровень летом при дождевых паводках. Первый минимальный уровень начинается с первой декады мая и заканчивается в конце июня, а второй минимальный уровень воды реки Туул начинается с начала октября и продолжается до появления ледяной оболочки в реке. Минимальный сток р. Туул колеблется от 0.3 до 26 м3/с.
По данным гидрометрических наблюдений за 1945-2007 годы, представленных в Приложении А диссертации, был выполнен анализ для определения расчетных гидрологических характеристик.
По среднемноголетным гидрологическим данным установлены следующие характеристики: средняя многолетняя норма стока м3/с, средний многолетний модуль стока л/с км2, средний многолетний объем стока м3/год, средний многолетний слой стока мм/год, средний многолетний коэффициент стока , коэффициент вариации , коэффициент ассиметрии .
Расчет внутригодового распределения расходов реки Туул был сделан по методу реального года и реальным годом выбран 1996 год.
По максимальным расходам установлен расчетный максимальный расход при обеспеченности 1%, равный м3/с. Кроме этого вычислены средний максимальный расход м3/с, коэффициент вариации по максимальным расходам и коэффициент асимметрии по максимальным расходам .
Глава 3. лСовременное состояние защитных сооружений от затопления г.Улан-Батора
В настоящее время в Улан-Баторе используются противопаводковые защитные открытые каналы с общей длиной около 80-90км (каналы с бетонной облицовкой- 19.1км, дамбы с креплением бетонными плитами - 41.0км, бетонные стены - 2.3км, каналы с креплением каменной наброской или цементацией - 18км), кроме этого имеются подземные водосбросные трубопроводы вдоль притоков реки Туул длиной 25км. На рис. 1 представлена схема противопаводковых гидротехнических сооружений.
Открытые защитные каналы можно разделить таким образом:
Рис.1. Система противопаводковых гидротехнических сооружений города Улан-Батора
1. Защитные сооружения Чингэлтэя. Длина их составляет 2149 м. Защитные дамбы построены на основе расчета при м3/с, после селевого паводка, который проходил в 1982 году. Общий объём бетонных работ м3. Высота дамбы м, дамба имеет заложение откосов: внутренний , внешний , максимальная скорость потока м/с, ширина дна русла м. По проекту намечено было установить поперечные ребра с заглублением 2.28м, а фактически сделали заглубление 0.5м в целях снижения стоимости сооружений. Поэтому русло реки сильно размывается, углубляется и защитные бетонные крепления разрушаются.
2. Защитные сооружения Хайласта. Длина их составляет 2485м. По проектному расчету установили, что водопропускная способность м3/с, ширина дна русла м, внутренний откос , внешний откос , высота дамбы м, высота подпора м, максимальная скорость потока м/с. Защитные сооружения повреждены во многих местах. Причины нынешнего разрушения противопаводковых защитных каналов аналогичны тем, как у Чингэлтэя.
3. Защитные сооружения реки Сэлбэ и реки Дунд. Длина их составляют 24.6км. После паводка 1966 года проводились изыскательно - исследовательские работы и установили водопропускную способность м3/с, высоту подпора м. В данный момент защитные сооружения повреждены в нескольких местах. (в конце реки повреждено около 200м каналов)
4. Защитные сооружения Западных гор. Защитные каналы облицованы по всей длине. Длина сооружений составляет 12.25км, ширина дна русла м, водопропускная способность м3/с, внутренний откос , высота подпора . Разрушения и повреждения на этих сооружениях относительно малы.
5. Защитные сооружения реки Бэлха и Дамбадаржа. Защитные каналы с длиной 1.2 км практически повреждены по всей длине, в результате 80% сооружений не пригодны для эксплуатации.
6. Защитные сооружения реки Толгойт. Длина 15.6 км, м3/с. После селевого паводка 1996 года дамба разрушена в нескольких местах.
7. Защитные сооружения реки Туул. Длина защитных каналов составляет 24.5 км, амплитуда колебаний уровня воды , а максимальная величина в 1967 году была м. При обычном режиме глубина воды скорость течения м/с. Установлено, что состояние противопаводковых защитных каналов реки Туул неудовлетворительное, имеется необходимость их реконструкции.
В четвертой главе Методы управления русловым водным потоком приведены методика и результаты системно-динамического моделирования водного баланса реки Туул.
В настоящее время население города Улан-Батора каждый год испытывает угрозу наводнений так, как защитные сооружения не способны пропускать максимальный расход паводка с обеспеченностью 1%. Для предотвращения паводков предлагается вариант создания аккумулирующего водохранилища на реке Туул.
Кроме этого в связи с быстрым развитием города Улан-Батора, ростом численности его населения, развитием промышленности имеется дефицит водоподачи на хозяйственно-питьевой нужды. Все эти причины приводят к необходимости строительства выше по течению р. Туул от г.Улан-Батора водохранилища комплексного назначения.
Для систем такого размера, как речная система р. Туул, поиск оптимальных решений по комплексному использованию водных ресурсов очень затруднен без применения водно-балансовых моделей.
При проектировании паводкового водохранилища на реке Туул необходимо установить боковой приток на участках выше гидроузла. Определение боковой приточности осуществляется в данной работе по методу водного баланса.
Сущность применения этого метода заключается в сопоставлении за определенный промежуток времени (год) в проектируемом гидроузле прихода и расхода воды в реке и изменения ее запасов.
Водохозяйственный баланс состоит из приходной и расходной частей. Приходная часть баланса включает в себя следующие элементы: осадки, естественный поверхностный сток и стоки, перебрасываемые из других бассейнов.
В расходную часть баланса входят объемы воды, забираемые из реки выше расчетного створа на орошение, на коммунальное бытовое и промышленное водоснабжения, водоотведение, и потери воды на испарение.
Для гидрологического обоснования проекта аккумулирующего водохранилища была разработана модель с использованием метода системно-динамического моделирования.
Метод системной динамики был предложен Дж. Форрестером из школы менежмента Слоана Массачусетского технологического института в США в 60-х годах XX столетия и советскими учеными из Вычислительного центра АН СССР, лидером которых был академик Н.Н.Моисеев. Этот метод зарекомендовал себя как эффективный подход к изучению поведения сложных трудно формализуемых систем, динамика которых в основном определяется изменениями со временем.
Моделирование начинается с определения динамических проблем, требующих изучения. В качестве заключения этой части моделирования строится график ожидаемого поведения системы. Обычно задача приводится к одному или нескольким типам поведения. А дальше определяются ключевые переменные системы и причинно-следственные связи между ними.
В данной работе используется программа Powersim. Программа Powersim - это средство решения динамических задач в области управления. Она представляет собой пакет для визуализации, построения моделей системной динамики и собственно проведения моделирования. Программа Powersim имеет облегченный интерфейс, что не препятствует созданию моделей высокого уровня.
Уравнения для переменных вводятся с помощью специального диалогового окна, открываемого для каждой переменной. Программа автоматически учитывает все переменные, влияющие на сток. Предлагаются также различные математические функции и логические операторы для написания уравнений.
Для переменных запасов Powersim использует автоматически оператор, реализующий интегрирование по времени расходов входа и выхода для данной переменной.
Программа визуализирует результаты счета, а также позволяет проводить сравнение (в том числе, графическое) результатов моделирования различных сценариев.
В данном случае в диссертации представляется разработанная модель водохозяйственного баланса реки Туул. При составлении модели водных балансов в данном участке русло реки разделено на 18 частей, характеризующихся близкими гидротопографическими условиями, с учетом их хозяйственной значимости. (Рис.2)
Рис.2. Водно-балансовая схема реки Туул в пределах г. Улан-Батора
Модель проточного участка. Моделирование водохозяйственного баланса позволяет получить следующие четыре гидрологические характеристики, необходимые для проектирования противопаводковых сооружений:
-составляющие водного баланса участка;
-средний расход воды на участке;
-средняя глубина воды на участке;
-средняя скорость руслового потока на участке.
Приходной частью водного баланса для модели участка будут поступление воды через верхний створ участка, и от притоков впадающих в реку на участке, поверхностный сток с водосбора , поступление воды от осадков . В расходную часть водного баланса входят следующие: воды, забираемые из реки выше створа на орошение и водоснабжение , перебрасываемые в другие бассейны , потери воды на испарение , расходы попусков ниже расчетного участка . Таким образом, уравнение водного баланса в данном участке можно выразить следующим соотношением:
(1)
Большая часть расходной составляющей формируется специальными расходами воды ниже створа определения баланса. Значения этих расходов устанавливаются в соответствии с требованиями различных водопользователей к водным ресурсам реки ниже расчетного створа.
В данной работе необходимая глубина противопаводкового защитного сооружения вычисляется по уравнению равномерного движения в открытом русле при ширине русла реки , когда можно принять гидравлический радиус равным глубине воды .
Глубина воды на участке определялась по расходу следущим образом:
, (2)
где: - средний расход воды на участке, м3/с,
, (3)
- средний расход воды во входном створе за расчетный интервал времени,
- естественный поверхностный сток, определяется по формуле
, (4)
Ц средняя интенсивность осадков по бассейну за принятые интервалы времени, мм;
- суммарный расход воды на поверхностное задержание, инфильтрацию и испарение за те же интервалы времени, мм;
, (5)
- слой стока, мм;
, (6)
- коэффициент стока, определяемый отношением средней высоты слоя к высоте слоя осадков выпавших на площадь водосбора за рассматриваемый период времени,
- потери воды на испарение с поверхности участка,
, (7)
- слой испарения, мм;
- средняя площадь участка, м2;
- расчетный интервал времени,
- расход воды забираемый на орошение и водоснабжение,
- коэффициент шероховатости,
- средний уклон дна, выражается отношением разности отметок в начале и в конце заданного участка к расстоянию между началом и концом участка
, (8)
В данной работе средняя скорость потока определялась по формуле Дарси-Вейсбаха:
, м/с, (9)
где: - ускорение свободного падения, м/с2;
- коэффициент сопротивления Дарси-Вейсбаха;
- гидравлический радиус, м;
- средний уклон.
Коэффициент сопротивления Дарси-Вейсбаха определился по формуле Swamme и Jain:
(10)
где: - высота шероховатости, мм;
- диаметр, м;
- число Рейнольдса.
Поскольку режим движения потока воды турбулентный, т.е. в зоне квадратичного сопротивления, можно считать, что коэффициент Дарси- Вейсбаха зависит только от относительной шероховатости, и не зависит от числа Рейнольдса. Граница числа Рейнольдса найдена по следующей зависимости:
(11)
где: - глубина воды, м;
- высота шероховатости, мм.
Модель проточного участка реки Туул включает 23 переменных. Общая схема причинно следственных связей модели показана на рис.3. Учитывается изменение среднего расхода на участке, динамика которого определяется, как естественным приходом и потерями воды на участке, так и водопотреблением и испарением воды на данном участке.
Рис.3. Общая схема балансовой модели проточного участка реки Туул
Модель участка водохранилища. Модель водохранилища включает 16 переменных. Общая схема причинно следственных связей модели показана на рис.4. Модель водохранилища учитывает те же статьи водного баланса, что и модель проточного участка. Учитывается изменение полного объема воды в водохранилище, динамика которого определяется как естественным приходом и потерями воды в водохранилище, так и водопотреблением и изменением интенсивности сброса воды в нижний бьеф.
Площадь водной поверхности водохранилища зависит от объема воды в водохранилище. В данной работе зависимость между ними выведена в следующем виде:
, (12)
где: - площадь поверхности водохранилища, км2;
- объем воды в водохранилище, млн.м3.
Эта зависимость задавалась в модели соответствующего участка. Модели всех 18 участков работают одновременно, каждая из них представляет собой уровень модели, обменивающийся информацией с другими уровнями. Модель дает возможность решать различные задачи расчета многоцелевых управлений водного хозяйства, построенные на принципе комплексного использования водных ресурсов.
Рис.4. Общая схема балансовой модели водохранилища
Результаты системно-динамического моделирования водного баланса.
В результате моделирования получены величины глубин, средних скоростей и расходов на каждом участке моделируемой реки Туул в течение реального 1996-ого года. Были выбраны четыре характерных проточных участков (створов). 1-ый створ находится на 10 км выше 2-ого створа - створа плотины аккумулирующего водохранилища. Дополнительно рассмотрены два створа ниже створа намечаемого гидроузла: створ 3 выбран ниже плотины, створ 11 находится в центре города Улан-Батора.
На рис.5 показано на основе моделирования как будет изменяться расходы на выбранных характерных участках в течение реального 1996 года.
Из графика видно, что с мая по август на всех участках наблюдается резкое возрастание расходов. Это связано с летним высоким половодьем реки Туул, так как дождь является основным питанием самой реки.
Рис.5. График изменения расходов на участках 1, 2, 3 и 11 в течение реального 1996 года.
На рисунке 6 показаны изменения глубин характерных участков в течение реального 1996 года. Из графиков видно, что с мая по август на участках 1, 2 и 11 наблюдаются значительные глубины потока воды, а в остальное время года, с ноября по апрель почти на всех участках глубины малые и средняя скорость потока мала. Это объясняется резким колебанием температуры воздуха Монголии, которое достигает 0С.
Рис.6. График изменения глубин на участках 1, 2, 3 и 11 в течение реального 1996 года.
На рисунке 7 изображены графики изменения средних скоростей выше перечисленных характерных участков в течение реального 1996 года. Из графиков видно, что на участках 2, 3 и 11 с апреля по сентябрь средние скорости течения воды резко увеличиваются за счет выпадения годового стока в виде дождя. На участке 3 средняя скорость воды в среднем составляет более, чем 0.55 м/с в течение года. Это объясняется резким уклоном самого участка.
Рис.7. График изменения средних скоростей на участках 1, 2, 3 и 11 в течение реального 1996 года.
Глава5. Рекомендации по снижению уровней воды в р.Туул в пределах г.Улан-Батора
В этой главе приведены расчеты основных отметок водохранилища и грунтовой плотины. Рассматривались различные варианты моделирования водохранилища, результаты моделирования сравнивались с водохозяйственными расчетами. В результате моделирования водохранилища и водохозяйственных расчетов установлены оптимальные величины основных отметок водохранилища и грунтовой плотины. В состав гидроузла входят:
1.Грунтовая плотина, высота плотины 25м, отметка подошвы плотины , отметка мертвого объема , отметка нормального подпертого уровня , отметка форсированного подпертого уровня , отметка гребня плотины м, верхний откос 1:2.0, нижний откос =1:2.5.
2.Водослив с широким порогом с шириной м, без затворов, при форсировке от до м) обеспечивает пропуск расхода.
м3/с, (13)
где: - коэффициент расхода;
3.Башенный донный водовыпуск, совмещенный с ГЭС с мощностью 2.8 МВт,
= кВт = 2.8 МВт, (14)
где: м3/с - санитарный расход, (полезный попуск берется 20);
- напор при взвешенном расходе;
- коэффициент полезного действия.
Модель водохранилища имеет следующие параметры: млн.м3, км2 при уровне воды .
На рисунке 8 показано изменение объемов водохранилища в течение реального 1996 года. Из графика видно, что в конце июля и в начале августа объем воды в водохранилище возрастает до пика 400 млн.м3 за счет дождевого питания и затем постепенно убывает.
Рис.8. График изменения объемов воды водохранилища в течение реального 1996 года
На рисунке 9 изображено изменение сбросов воды из водохранилища в течение реального 1996 года. График показывает, что с конца мая и с начала июня начинается сброс воды из водохранилища, который постепенно увеличивается. В течение августа сброс воды достигнет пика 86 м3/с, и дальше будет уменьшаться.
Рис.9. График изменения сбросов воды из водохранилища (на 2-ом участке проточного участка) в течение реального 1996 года
Основные выводы
Защита столицы Монголии г. Улан-Батора от паводков и селей актуальная задача, так как за последние 30 лет семь раз проходили большие паводки и селевые потоки, которые причинили существенный вред народному хозяйству Монголии и жителям Улан-Батора. Для разработки мероприятий по защите столицы от водной стихии и выполнена данная работа. По результатам этой работы можно сделать следующие выводы:
1. В результате определения и уточнения основных гидрологических характеристик реки Туул при удлиненном ряде наблюдений (1945-2007 гг) установлены следующие характеристики: средняя многолетняя норма стока Q0 = 26,5 м3/с, средний многолетний модуль стока М0 = 4, 21 л/с км2, средний многолетний объем стока W0 = 836 ⋅ 106 м3/год, средний многолетний слой стока h0 = 132,6 мм/год, средний многолетний коэффициент стока η = 0,44, коэффициент вариации Сv = 0,58, коэффициент ассиметрии СS =1,18.
В качестве расчетного выбран реальный 1996 год, подробные гидрологические и климатические характеристики которого известны. Паводковый расход за 1996 год имеет обеспеченность около 10% в многолетнем распределении.
2. Исследование противопаводковых гидротехнических сооружений города Улан-Батора, показало, что в настоящее время они не способны пропускать максимальные расходы паводка, так как в течение 15-40 лет противопаводковые защитные сооружения города работали без ремонта, 30-40% сооружений находятся в аварийном состоянии.
Известно, что аккумулирование стока в водохранилищах значительно сокращает ущерб, наносимый паводками. Но таких водохранилищ на реке Туул нет и целесообразно рассмотреть вариант создания водохранилища комплексного назначения.
3. Для разработки системно-динамической модели водного баланса реки Туул в пределах г. Улан-Батора речная система разделена на 18 частей, характеризующихся близкими гидротопографическими условиями, с учетом их хозяйственной значимости. Модели всех 18 участков работают одновременно, каждая из них представляет собой уровень модели, обменивающийся информацией с другими уровнями. Тестирование модели было выполнено путем сравнения результатов прогноза с данными гидрологических наблюдений в 1996г, сравнение показало их удовлетворительное совпадение.
4. Математическое моделирование проточного участка реки Туул позволило проанализировать отметки глубин и скоростей потока воды одновременно на всех участках и при этом предложить меры по снижению пиковой глубины, вызывающей подтопления в городе. В результате можно утверждать, что разработанная модель удовлетворительно описывает водный баланс речной системы реки Туул на проточных участках и дает возможность решать различные задачи расчета многоцелевых управлений водного хозяйства, построенные на принципе комплексного использования водных ресурсов.
5. Анализ гидрологических данных показал, что для снижения паводковых расходов и срезки пиковой глубины, необходимо создать аккумулирующее водохранилище комплексного назначения на участке 2 проточного участка реки Туул. Для этой цели предлагается возвести грунтовую плотину высотой 25 метров с отметкой дна водохранилища ∇дна - 1345,0 м, с уровнем мертвого объема ∇УМО - 1351,0 м, ∇НПУ - 1362,2 м, ∇ФПУ - 1366,2 м, ∇Гребеньфор - 1369,9 м.
6. На основе оптимизации модели водохранилища и водохозяйственных расчетов по многолетним данным гидрометрических наблюдений (1945-2007 гг) реки Туул выбраны его параметры: объем водохранилища V= 80 млн.м3, расчетный сбросной расход = 200 м3/с, площадь зеркала водохранилища Fповерхности = 18,58 км2 при уровне воды ∇НПУ 1362,2 м.
7. Создание водохранилища на участке 2 с объемом воды 80 млн.м3 решает водохозяйственную проблему защиты города Улан-Батора от затопления. При этом возникает возможность дополнительных отборов на потребности столицы в хозяйственно-питьевой воде, совместно с подземными источниками на уровне развития на 2020 г. и в дальнейшем.
8. Исследование водохозяйственных балансов по разработанной модели позволило проанализировать проблемы управления водными ресурсами Монголии в целом, и результаты могут быть использованы для выбора необходимых водохозяйственных мероприятий по перспективному обеспечению народного хозяйства водой.
9. Полученные результаты дают основу решения важной водохозяйственной проблемы г. Улан-Батора. Оптимальное решение комплексного использования водных ресурсов позволяет решить также различные водохозяйственные и экологические проблемы и послужит основой рационального природопользования, в конечном итоге устойчивого развития экономики Монголии.
Список публикации по теме диссертации
Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях (в том числе 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ):
1.Правдивец.Ю.П, Ядмаа Туул Водохозяйственные проблемы в городе Улан-Баторе (Монголия) Вестник МГСУ, 4/2010
2.Кантаржи.И.Г, Ядмаа Туул Системно-динамическое моделирование водного баланса на реке Туул с целью разработки рекомендаций по предотвращению подтоплений города (Монголия) Вестник МГСУ, 7/2011
3.Правдивец.Ю.П, Ядмаа Туул, Аккумулирующее водохранилище на реке Туул (Монголия) Вестник МГСУ, 6/2011
4.Ядмаа Туул, К вопросу о нынешнем состоянии противопаводковых гидротехнических защитных сооружений города Улан-Батора. Сборник научных статей Монгольского Государственного Университета Науки и Технологии, №3/55 , г.Улан-Батор, 2003г, стр 145-150
5.Ядмаа Туул и Дамиран.Д, Об эксплуатационных особенностей противопаводковых защитных бетонных сооружений города Улан-Батора , III-я международная конференция об изучении бетона, г.Улан-Батор, 14.05.2004г, стр 77-83
6.Ядмаа Туул, Результаты сравнения противопаводковых мероприятий Монголии с зарубежными странами Сборник научных статей Монгольского Государственного Университета Науки и Технологии, №4/75 , г.Улан-Батор, 2005г, стр 40-45
7.Ядмаа Туул, Дамиран.Д. и Ундрах.Н, К вопросу о применении водостойкого бетона противопаводковым защитным сооружениям , IV-я международная конференция об изучении бетона, г.Улан-Батор, 20.05.2005г, стр 181-185
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям